چگونه اولین مولکول ها از شرایط اولیه زمین جان سالم به در بردند؟

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری برنا؛ ریشه‌های زندگی همچنان یک راز عمیق است. چگونه مولکول‌های پیچیده در طول دوره‌های طولانی بدون شکستن شکل گرفتند و پایدار باقی ماندند؟ یک تیم در ORIGINS، یک خوشه عالی مستقر در مونیخ، مکانیزمی را کشف کرده است که ممکن است اجازه دهد اولین مولکول‌های RNA در سوپ اولیه تثبیت شوند. آنها دریافتند که وقتی دو رشته RNA با هم ترکیب می‌شوند، ثبات و طول عمر آنها به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.

به احتمال زیاد، زندگی روی زمین در آب شروع شد، شاید در یک استخر آب که در زمان کم آبی از آب دریا قطع شده بود، اما در زمان بالا آبی توسط امواج سیل زده بود. در طول میلیارد‌ها سال، مولکول‌های پیچیده‌ای مانند DNA، RNA و پروتئین‌هایی که در این محیط شکل گرفته اند، در نهایت، اولین سلول‌ها ظاهر شدند. با این حال، تا به امروز، هیچ کس نتوانسته است دقیقا توضیح دهد که چگونه این اتفاق افتاده است.

ایوب بوخوون، استاد شیمی فوق مولکولی در دانشگاه فنی مونیخ (TUM) گفت: ما می‌دانیم که کدام مولکول‌ها در زمین اولیه وجود داشته اند. سوال این است: آیا می‌توانیم از این برای تکرار منشأ زندگی در آزمایشگاه استفاده کنیم؟ تیم به رهبری بوخوون در خوشه برتری ORIGINS در درجه اول به RNA علاقه‌مند است.

وی گفت: RNA یک مولکول جذاب است. این می‌تواند اطلاعات را ذخیره کند و همچنین واکنش‌های بیوشیمیایی را کاتالیز کند؛ بنابراین دانشمندان معتقدند که RNA باید اولین مولکول پیچیده‌ای باشد که شکل گرفته است.

با این حال، مشکل این است که مولکول‌های rna فعال از صد‌ها یا حتی هزاران پایه تشکیل شده اند و بسیار ناپایدار هستند. هنگامی که در آب غوطه ور می‌شوند، رشته‌های RNA به سرعت به قسمت‌های تشکیل دهنده خود تجزیه می‌شوند، فرایندی که به عنوان هیدرولیز شناخته می‌شود. پس چطور RNA می‌توانست در سوپ اولیه زنده بماند؟

چگونه دو رشته در سوپ اولیه شکل گرفت؟ 

در آزمایشات آزمایشگاهی، محققان TUM و LMU از یک سیستم مدل از پایگاه‌های RNA استفاده کردند که به راحتی از پایگاه‌های طبیعی موجود در سلول‌های ما در حال حاضر به هم متصل می‌شوند.
بوخوون توضیح داد: ما میلیون‌ها سال در دسترس نداشتیم و می‌خواستیم به سرعت پاسخ دهیم. این تیم این پایگاه‌های RNA سریع را به یک محلول آبی اضافه کرد، یک منبع انرژی را فراهم کرد و طول مولکول‌های RNA را که تشکیل شده بودند بررسی کرد. یافته‌های آنها جدی بود، زیرا رشته‌های حاصل از حداکثر پنج جفت پایه فقط برای چند دقیقه زنده ماندند.

با این حال، نتایج متفاوت بود، زمانی که محققان با اضافه کردن رشته‌های کوتاه RNA از پیش شکل گرفته شروع کردند. پایگاه‌های مکمل رایگان به سرعت با این RNA در یک فرآیند به نام هیبریداسیون پیوستند. دو رشته از سه تا پنج جفت پایه در طول تشکیل شده و برای چند ساعت پایدار باقی مانده است.

وی گفت: بخش هیجان انگیز این است که رشته‌های دوگانه منجر به تاشو RNA می‌شوند، که می‌تواند RNA را به صورت کاتالیستی فعال کند؛ بنابراین RNA دو رشته‌ای دو مزیت دارد: طول عمر طولانی در سوپ اولیه دارد و به عنوان پایه‌ای برای rna فعال کاتالیستی عمل می‌کند.

اما چگونه می‌توان یک رشته دوگانه را در سوپ اولیه تشکیل داد؟ بوخوون گفت: ما در حال حاضر در حال بررسی این هستیم که آیا امکان دارد Rna‌ها رشته مکمل خود را تشکیل دهند یا خیر. برای یک مولکول شامل سه پایه قابل تصور است که با یک مولکول شامل سه پایه مکمل متصل شود، محصول آن یک رشته دوگانه پایدار خواهد بود. به لطف طول عمر طولانی آن، پایگاه‌های بیشتری می‌توانند به آن بپیوندند و رشته رشد کند.

مزیت تکاملی برای پروتکل‌ها

یکی دیگر از ویژگی‌های RNA دو رشته‌ای می‌تواند به ایجاد منشأ زندگی کمک کند. در ابتدا مهم است که توجه داشته باشید که مولکول‌های RNA همچنین می‌توانند پروتکل‌ها را تشکیل دهند. اینها قطرات کوچکی هستند که فضای داخلی آنها کاملا از دنیای بیرون جدا شده است. با این حال، این پروتکل‌ها غشای سلولی پایدار ندارند و به راحتی با سایر پروتکل‌ها ادغام می‌شوند، که باعث می‌شود محتوای آنها مخلوط شود. این به تکامل کمک نمی‌کند، زیرا از ایجاد هویت منحصر به فرد توسط پروتکل‌های فردی جلوگیری می‌کند. با این حال، اگر مرز‌های این پروتکل‌ها از DNA دو رشته‌ای تشکیل شده باشد، سلول‌ها پایدارتر می‌شوند و ادغام مهار می‌شود.

بینش‌های قابل استفاده در پزشکی

در آینده، ایوب بوخوون امیدوار است درک بیشتری از تشکیل و تثبیت مولکول‌های rna اول را بهبود بخشد.

وی گفت: بعضی از مردم این تحقیق را نوعی سرگرمی می‌دانند. با این حال، در طول همه گیری کووید-۱۹، همه دیدند که مولکول‌های RNA چقدر می‌توانند مهم باشند، از جمله برای واکسن ها؛ بنابراین، در حالی که تحقیقات ما در تلاش است تا به یکی از قدیمی‌ترین سوالات در علم پاسخ دهد، این همه نیست: ما همچنین دانش در مورد RNA را تولید می‌کنیم که می‌تواند امروزه به بسیاری از مردم سود برساند.

انتهای پیام/